金寨抽水蓄能電站施工供電鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化

孫 勝 利

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

金寨抽水蓄能電站施工供電鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化

孫 勝 利

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況和施工單位的能力，對原掏挖基礎(chǔ)分別進(jìn)行巖石基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)兩次優(yōu)化，節(jié)省了工期和投資，降低了工程風(fēng)險(xiǎn)，對山區(qū)鐵塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

基礎(chǔ)，優(yōu)化，設(shè)計(jì)

1 概述

金寨抽水蓄能電站為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，裝機(jī)容量1 200 MW，以兩回500 kV線路接入500 kV皋城變電所。建成后承擔(dān)安徽電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及緊急事故備用等任務(wù)。

工程區(qū)屬中低山丘陵地貌，高程在130 m～850 m之間。多年平均氣溫15.8 ℃，極端最高氣溫為41.6 ℃，極端最低氣溫為-13.9 ℃。多年平均風(fēng)速1.5 m/s，最大風(fēng)速15.0 m/s。

工程區(qū)出露的地層主要有英山溝組角閃斜長片麻巖、混合片麻巖和蚌埠期侵入的角閃巖及第四系覆蓋層。覆蓋層表層為耕殖土、素填土，下部為粉質(zhì)黏土。

工程區(qū)地下水可分為基巖裂隙水和孔隙性潛水。基巖裂隙水賦存于基巖裂隙、斷層破碎帶中，以潛水類型為主；孔隙性潛水分布于第四系覆蓋層及全風(fēng)化巖(土)層內(nèi)，埋藏深淺不一。

為滿足電站工程施工需要，在施工區(qū)內(nèi)建設(shè)施工供電系統(tǒng)，包括：10 kV開閉所，2回電纜進(jìn)線(從35 kV張沖變引接電源)，6回10 kV出線線路(引接至施工區(qū)內(nèi)各終端桿向各施工部位供電)。

2 原設(shè)計(jì)

采用《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)》(110(66 kV)輸電線路分冊)66 kV鐵塔型式，主要有06B1-Z2，Z3，J1，J2，J3，J4，06B4-SZ2，SJ1，SJ2，SJ4和06B5-SJ4，基礎(chǔ)作用力同樣采用通用設(shè)計(jì)。采用掏挖基礎(chǔ)，每基4個(gè)基礎(chǔ)，樁徑0.9 m，埋深2.5 m～5.5 m，擴(kuò)底尺寸1.3 m～3 m，采用C30混凝土，基礎(chǔ)受力鋼筋采用1618/20/22。地基承載力特征值不小于180 kPa。

3 問題的提出

施工過程中，共有22基基礎(chǔ)開挖一段后遇到強(qiáng)風(fēng)化巖石(或中風(fēng)化巖石)，根據(jù)地勘報(bào)告，強(qiáng)風(fēng)化巖石的飽和抗壓強(qiáng)度達(dá)到1 MPa左右，屬軟質(zhì)巖。若按圖施工，爆破工作量大，底部擴(kuò)挖難度大(樁徑0.9 m，操作空間狹小)，同時(shí)存在較大風(fēng)險(xiǎn)。施工單位請求優(yōu)化原設(shè)計(jì)。

原設(shè)計(jì)掏挖基礎(chǔ)下壓、傾覆穩(wěn)定計(jì)算、截面配筋均滿足要求，控制工況為上拔穩(wěn)定計(jì)算，據(jù)此展開設(shè)計(jì)優(yōu)化。

4 第一次優(yōu)化

根據(jù)《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》[1]，采用承臺式巖石基礎(chǔ)(認(rèn)為原混凝土柱為承臺)。巖石基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛，技術(shù)較成熟[2-5]。

4.1計(jì)算過程

以3號線C6塔基為例進(jìn)行計(jì)算分析，Tmax=407.72 kN，Tx=41.48 kN，Ty=38.63 kN。樁徑0.9 m，錨樁距離圓心0.35 m，共設(shè)6個(gè)錨樁。

首先根據(jù)式(1)計(jì)算出單樁上拔力設(shè)計(jì)值。

(1)

其中，Ti為群錨樁的單樁上拔力設(shè)計(jì)值，kN；n為錨樁數(shù)；Mx，My分別為作用于承臺頂面上水平力對通過群錨重心的X軸和Y軸的力矩，kN·m；Xi，Yi分別為錨樁i至通過群錨重心Y軸和X軸的距離，m。

由于各個(gè)基礎(chǔ)已開挖的深度不一，承臺重Gf較難計(jì)算，計(jì)算忽略此值，偏保守。計(jì)算彎矩時(shí)假定力矩為1 m。

由式(1)計(jì)算得Ti=78 kN。

根據(jù)式(2)計(jì)算鋼筋面積，選擇鋼筋直徑。

Ti≤fyAn

(2)

其中，An為單根錨筋的凈截面面積，mm2；fy為錨筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，HRB400鋼筋為360×103kPa。

由式(2)計(jì)算得An=217 mm2，選用25鋼筋，An=491 mm2。

單根錨筋與砂漿粘結(jié)承載力，應(yīng)滿足式(3)的要求。

γfTi≤πdl0τa

(3)

其中，d為錨筋直徑，0.025 m；l0為錨筋的有效錨固長度，取35d=0.875 m；τa為鋼筋與砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度，C30級砂漿取3 000 kPa；γf為基礎(chǔ)附加分項(xiàng)系數(shù)，取1.60。

經(jīng)計(jì)算滿足要求。

單根錨樁與巖石間粘結(jié)承載力，應(yīng)滿足式(4)的要求。

γfTi≤πDh0τb

(4)

其中，D為錨樁直徑，取0.075 m；h0為錨樁的有效錨固長度，取3 m；τb為砂漿與巖石間的粘結(jié)強(qiáng)度，取200 kPa。

經(jīng)計(jì)算滿足要求。

巖石抗剪承載力應(yīng)滿足式(5)的要求。

γfTE≤πh0τs(D+h0)

(5)

其中，D同式(4)，取0.075；h0同式(4)，取3；τs為巖石等代極限剪切強(qiáng)度，取30 kPa。

經(jīng)計(jì)算滿足要求。

同時(shí)，錨樁間距0.37 m小于樁徑D的6倍(0.45 m)，還應(yīng)滿足式(6)的要求。

γfTE≤πh0τs(a+h0)+Gf

(6)

其中，a為群錨樁外切直徑，取0.9+0.075=0.975 m。

經(jīng)計(jì)算滿足要求。

4.2設(shè)計(jì)圖紙要求

1)錨桿應(yīng)錨入強(qiáng)風(fēng)化巖石3 m，外露1 m，上部采用彎鉤錨固的形式；

2)錨桿采用HRB400鋼筋，砂漿強(qiáng)度等級為M30；

3)錨桿鉆孔直徑不小于75 mm，孔深應(yīng)大于錨入長度50 mm以上。鉆孔前，應(yīng)定出孔位，作出標(biāo)記，注漿要求充實(shí)飽滿；

4)錨桿安裝前應(yīng)用高壓水或高壓風(fēng)將孔內(nèi)積水和巖粉吹洗干凈。桿體外露部分應(yīng)注意保護(hù)，3 d內(nèi)不得敲擊、碰撞，7 d后才允許澆筑外圍混凝土；

5)應(yīng)分組抽樣檢查漿體密實(shí)度，按錨桿數(shù)量的1%進(jìn)行拉拔力試驗(yàn)，或按照監(jiān)理工程師的要求隨機(jī)抽樣檢查。

砂漿錨桿詳圖和平面布置圖見圖1，圖2。

5 第二次優(yōu)化

由于施工單位設(shè)備不足，人工鉆75 mm、深3 m的孔難度較大，施工單位再次請求優(yōu)化。

根據(jù)規(guī)程[1]和《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[6]，結(jié)合實(shí)際的地質(zhì)情況，采用嵌巖樁基礎(chǔ)。

不考慮已開挖覆蓋層、全風(fēng)化巖石側(cè)阻力的作用，計(jì)算偏保守。

計(jì)算基樁自重時(shí)，樁身長度取地下部分長度，忽略地面以上長度。

5.1計(jì)算過程

依然以3號線C6塔基為例進(jìn)行計(jì)算分析。

根據(jù)式(7)計(jì)算單樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Tuk。

γfTk≤Tuk/K+Gp

(7)

其中，Tk為按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的單樁上拔力，取設(shè)計(jì)值407.72 kN，偏保守；γf為基礎(chǔ)附加分項(xiàng)系數(shù)，取1.60；K為安全系數(shù)，取2；Gp為基樁自重，地面以下高度取3 m。

經(jīng)計(jì)算，Tuk=1 209.28 kN。

根據(jù)式(8)計(jì)算入巖深度li。

Tuk=∑λiqsikuili

(8)

其中，ui為樁身周長；qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)合地勘報(bào)告和規(guī)范[6]，取強(qiáng)風(fēng)化巖石的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為140 kPa；λi為抗拔系數(shù)，取1。

鑒于入巖深度較小，認(rèn)為巖石全部為強(qiáng)風(fēng)化巖石，i=1(實(shí)際可能還有中風(fēng)化、微風(fēng)化，偏保守)。

經(jīng)計(jì)算，li=3.05 m。

5.2設(shè)計(jì)圖紙要求

1)基礎(chǔ)必須挖至設(shè)計(jì)深度及以下，保證計(jì)算入巖深度要求，其余同原設(shè)計(jì)；

2)孔口及孔壁不穩(wěn)定部位應(yīng)采取護(hù)壁措施，混凝土澆筑前清除不穩(wěn)定塊石，保證巖面粗糙；

3)施工單位應(yīng)按圖紙要求嚴(yán)格控制爆破參數(shù)以保證巖體的完整性和穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

施工供電鐵塔基礎(chǔ)經(jīng)過兩次優(yōu)化，滿足了現(xiàn)場施工的要求，節(jié)省了工期和投資，降低了工程風(fēng)險(xiǎn)，目前已完工并安全運(yùn)行。主要結(jié)論如下：

1)原設(shè)計(jì)鐵塔基礎(chǔ)均為掏挖基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)主要適用于粘性土和土質(zhì)好的非巖石地基[7,8]，原設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況提供不同的基礎(chǔ)形式為宜；

2)因優(yōu)化基礎(chǔ)數(shù)量眾多，未進(jìn)一步區(qū)分轉(zhuǎn)角塔基礎(chǔ)上拔和下壓的實(shí)際受力情況，一律按上拔穩(wěn)定計(jì)算，偏保守；

3)規(guī)程[1]計(jì)算單樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Tuk比規(guī)范[6]偏保守；

4)計(jì)算的一些假定，使得計(jì)算結(jié)果偏保守；

5)從鋼筋混凝土基礎(chǔ)和澆筑混凝土角度看，掏挖基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)并沒有嚴(yán)格的區(qū)分，不同之處僅僅體現(xiàn)在基礎(chǔ)底部的形式。

[1] DL/T 5219—2014，架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 唐其練,羅 斌.新型巖石嵌固基礎(chǔ)在500 kV線路中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].江西電力，2000，24(3):6-7.

[3] 董 曄,劉 杰.國內(nèi)外巖石錨桿設(shè)計(jì)之比較[J].地質(zhì)與資源，2001，10(4):235-238.

[4] 程永鋒，魯先龍，鄭衛(wèi)鋒.輸電線路工程巖石錨桿基礎(chǔ)的應(yīng)用[J].電力建設(shè)，2012，33(5):12-16.

[5] 鄭衛(wèi)鋒，魯先龍，程永鋒，等.輸電線路巖石嵌固式基礎(chǔ)抗拔試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28(1):152-157.

[6] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[7] 牛慧勇.500 kV鐵塔基礎(chǔ)類型比較[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2010(20):85-86.

[8] 翟佳羽.送電線路鐵塔采用基礎(chǔ)形式介紹[J].工程科技，2014(35):263.

DesignoptimizationofconstructionpowersupplytowerfoundationinJinzhaipumpedstoragepowerstation

SunShengli

(PowerChinaHuadongEngineeringCorporationLimited,Hangzhou311122,China)

According to the actual geological conditions and the capacity of the construction company, the original digged foundation is optimized by rock anchor foundation and pile foundation respectively, saving the duration and investment, reducing the project risk, which has certain reference value for the montanic tower foundation.

foundation, optimization, design

1009-6825(2017)29-0084-02

2017-08-05

孫勝利(1982- )，男，碩士，工程師

TV541

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